2023年高考物理知识点复习：热力学定律与能量守恒定律（附答案解析）

2023年高考物理热点复习：热力学定律与能量守恒定律

[2023高考课标解读】

1.知道改变内能的两种方式，理解热力学第一定律.

2.知道与热现象有关的宏观物理过程的方向性，了解热力学第二定律.

3.掌握能量守恒定律及其应用.

【2023高考热点解读】

一、热力学第一定律

1.改变物体内能的两种方式

(1)做功；(2)热传递。

2.热力学第一定律

(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。

(2)表达式：∖U=Q+W.

3.AU=W+Q中正、负号法则

物理量WQ∖u

+外界对物体做功物体吸收热量内能增加

—物体对外界做功物体放出热量内能减少

二、热力学第二定律的理解

1.热力学第二定律的两种表述

(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。

(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。或表

述为“第二类永动机是不可能制成的”。

2.用燧的概念表示热力学第二定律

在任何自然过程中，一个孤立系统的总增不会减小(选填“增大”或"减小”)。

3.热力学第二定律的微观意义

一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。

三、能量守恒定律和两类永动机

1.能量守恒定律

能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个

物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。

2.两类永动机

（1）第一类永动机：不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器。

违背能量守恒定律，因此不可能实现。

（2）第二类永动机：从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化的机

器。

违背热力学第二定律，不可能实现。

【2023高考押题】

1.煤气罐是部分家庭的必需品，安全使用煤气罐是人们比较关注的话题.煤气罐密封性良好,

将一定量的天然气封闭在罐中，假设罐内的气体为理想气体，当罐内气体温度升高时（）

A.罐内气体的压强增大，内能减小

B.罐内气体从外界吸收热量，内能增加

C.罐内气体的压强减小，气体的分子平均动能增加

D.罐内气体对外界做功，气体的分子平均动能减小

【分析】根据昱=C判断罐内压强变化，温度升高，气体内能增大，分子平均动能增大，根

T

据热力学第一定律分析吸放热。

【解答】解：煤气罐中气体体积不变，气体不对外做功，当温度升高时，根据R=C可知罐

τ

内气体压强增大，气体内能增大，气体的分子平均动能增大；由热力学第一定律AU=W+Q可

知，气体一定吸热。故B正确，ACD错误。

故选:Bo

2.一定质量的理想气体状态变化如图所示，其中pι=3p2,V2=4VI,状态1、2对应的温

度分别为ThT2,由状态1变化到状态2（气体外界非真空）的过程中，下列说法正确的是（）

A.气体对外做功，温度降低

B.气体分子热运动的平均动能不变

C.气体内能增加，一定从外界吸收热量

D.在单位时间内，器壁单位面积上受分子撞击的次数增多

【分析】从状态1到状态2,找出气体的初末状态参量，根据一定质量的理想气体状态方程

判断出温度关系，即可判断出内能变化，根据体积的变化判断出气体做功，结合热力学第一定律

求得吸放热，单位面积上在单位时间内受分子撞击的次数减少。

3p∏V14p0V

【解答】解：ABC、根据一定质量的理想气体状态方程，2]=上一可得:τι<τ2,

TlT2

说明从状态1变化到状态2,气体温度升高，分子平均动能增加，气体内能增加，气体体积变大

说明气体对外做功，由于内能增加，说明气体从外界吸收热量，故A、B错误，C正确；

D、分子平均动能增加，分子撞击器壁的力增大，由于气体压强减小，故可得器壁上单位面

积上在单位时间内受分子撞击的次数减少，故D错误。

故选：Cc

3.下列说法正确的是（）

A.物体的内能改变时，其温度一定改变

B.摄氏温度与热力学温度都可以取负值

C.气体向真空膨胀的过程是可逆的

D.对于一定量的气体，当其温度降低时速率大的分子数目减少，速率小的分子数目增多

【分析】物体的内能与物体的温度、体积等因素有关；

热力学温标是以温度的下限为起点的温标，其值不能为负；

气体可以向真空膨胀，反之不可行；

用统计规律分析温度的高低。

【解答】解：A、物体的内能与物体的温度和体积等因素有关，物体的内能改变时，其温度

可能不变，故A错误；

B、由热力学相关知识知道，摄氏温度可以取负值，但热力学温度不可以取负值，故B错误；

C、由热力学第二定律，任何宏观过程是不可逆的，气体向真空膨胀的过程是不可逆的，故

C错误；

D、按照统计规律，对于一定量的气体，当其温度降低时速率大的分子数目减少，速率小的

分子数目增多。故D正确。

故选：D。

4.如图所示，在玻璃瓶中放入少量水，用中间插有玻璃管的橡皮塞盖紧瓶口，然后往瓶中

打气，当气压达到足够大时，橡皮塞从瓶口冲出，原来透明的瓶内充满了白雾，这一实验现象表

明（）

A.气体对外界做功，瓶内气体温度升高，内能减少

B.外界对气体做功，瓶内气体温度升高，内能增加

C.气体对外界做功，瓶内气体温度降低，内能减少

D.外界对气体做功，瓶内气体温度降低，内能增加

【分析】改变物体内能的两种方法：做功、热传递。对物体做功（例如克服摩擦做功、压缩

气体做功、弯折铁丝做功等）物体的内能增加、温度升高；物体对外做功（气体膨胀做功），物

体的内能减少、温度降低。

【解答】解：瓶子里装有一些水，往瓶内打气，瓶内气体压强增加，当气压达到足够大时,

橡皮塞从瓶口冲出，瓶内气体对瓶塞做功，瓶内气体的内能减少，温度降低，瓶内水蒸气因放热

发生液化，生成小水滴，即“白雾"，故ABD错误，C正确。

故选：C。

5.下列说法错误的是（）

A.分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距离增大时，分子间的引力增大、斥力减小

B.扩散现象在气体、液体和固体中均能发生

C.做功和传热在改变物体的内能上是等价的

D.热量在一定条件下可能由低温物体传递给高温物体

【分析】分子间引力和斥力随着分子间距离增大而增大；扩散现象在固、液、气中均能发生；

做功和热传递都能改变物体内能；热量在一定条件下可以从低温物体传递给高温物体。

【解答】解：A、分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距离增大时，分子间的引力和斥

力都减小，故A错误；

B、扩散现象是物体分子彼此进入对方的现象，在气体、液体和固体中均能发生，故B正确；

C、改变内能的方法有做功和热传递，在改变物体的内能上是等价的，故C正确；

D、热量在一定条件下可能由低温物体传递给高温物体，例如冰箱，故D正确；

本题选择错误选项，

故选：Ao

6.如图所示，A、B两装置均由一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组

成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水

银槽中，插入过程没有空气进入管内，且插入水银槽的深度相同。经过一段较长时间后，水银柱

均上升至玻璃泡上方位置后达到稳定状态，如图所示，则关于两管中水银内能的增量，下列说法

A.A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量

B.B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量

C.A和B中水银体积增量相同，故内能增量相同

D.A和B中水银上升高度不能确定，故无法比较

【分析】分析两管中水银大气压强的做功情况，同时由两管的结构可知在水银上升中重力做

功的情况，则由能量守恒关系可知水银内能的变化关系。

【解答】解：两种情况下大气压对水银槽内的水银做相同的功，因为玻璃管内吸进的水银一

样多，所以水银槽内的液面下降相同的高度，外界大气压力对水银做功，使水银进入试管内，大

气压力对水银做的功一部分增加了管内水银的重力势能，另一部分增加了水银的内能；由于A

管中的水银重心高，故A管中水银的重力势能增量大，则A管中水银内能的增量小，即B中水

银的内能增量大于A中水银的内能增量，故B正确，ACD错误；

故选：B,

7.一定质量的理想气体从状态a变化到状态b,其压强P和热力学温度T变化图像如图所

示，此过程中该系统（）

A.从外界吸热B.体积保持不变

C.外界对其做正功D.内能减少

【分析】根据一定质量的理想气体的状态方程PV=CT分析出气体压体积变化，结合热力学

第一定律完成分析。

【解答】解：BC、根据一定质量的理想气体状态方程的公式R/■结合图像可知，p-T图

TV

像上的点与原点的连线的斜率表示体积的倒数，从状态a变化到状态b的过程中，此连线的斜率

不断减小，体积不断变大，所以外界对气体做负功，故BC错误;

D、温度增加，所以内能增加，故D错误;

A、结合热力学第一定律AU=W+Q,温度升高内能增大，气体对外界做功，W为负值，所

以Q为正值，代表从外界吸热，故A正确;

故选：Ao

8.一定质量的理想气体，从初状态A经状态B、C、D再回到状态A,其体积V与温度T

的关系如图所示。图中TA、VA和TD为已知量，则下列说法正确的是（）

A.从A到B的过程中,气体向外放热

B.从B到C的过程中,气体吸热

C.从D到A的过程中,单位时间撞击到单位面枳器壁上的分子数增多

TV

D.

气体在状态D时的体积VD=DA∙

A

【分析】根据图像得出气体状态参量的变化，结合热力学第一定律得出气体的吸放热情况;

根据一定质量的理想气体状态方程得出气体在D时的体积。

【解答】解：A、从A到B的过程中，一定质量的理想气体体积不变，温度升高，则气体

内能增大，根据热力学第一定律AU=Q+W可知，气体从外界吸热，故A错误:

B、从B到C的过程中，气体的温度不变，体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一

定律AU=Q+W可知，气体向外放热，故B错误;

C、从D到A的过程中，压强不变，气体温度升高，体积增大，单位时间内撞击到单位面

积器壁上的分子数减小，故C错误；

D、从D到A的过程中压强不变，根据一定质量的理想气体的状态方程可得：

VAVp

TA-TD

TV

解得：vɔɪɪɪ,故D正确；

A

故选：Do

9.一定质量的理想气体分别在Ti、T2温度下发生等温变化，相应的两条等温线如图所示,

T2对应的图线上有A、B两点，表示气体的两个状态。则（）

A.温度为TI时气体分子的平均动能比T2时大

B.A到B的过程中，气体内能增加

C.A到B的过程中，气体向外界放出热量

D.A到B的过程中，气体分子单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数减少

【分析】温度是分子平均动能的标志，根据理想气体状态方程结合图示图象判断两等温线温

度高低，然后判断分析平均动能大小；理想气体内能受温度影响，温度不变理想气体内能不变,

根据气体温度变化情况判断气体内能变化情况；根据热力学第一定律分析气体吸放热情况；根据

图示图象判断气体体积如何变化，然后判断分子数密度如何变化，根据压强的微观解释分析气体

分子单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数。

【解答】解：A、根据一定质量的理想气体状态方程：牛=C可知：PV=CT,PV之积越大

表示温度越高，故Tι<T2,温度是分子平均动能的标志，温度越高分子平均动能越大，温度为

Ti时气体分子的平均动能比T2时小，故A错误；

B、一定质量的理想气体内能由气体温度决定，A到B的过程是等温变化的过程，所以气体

的温度不变，内能不变，故B错误;

C、A到B的过程中，气体的体积增大，外界对气体做负功，根据热力学第一定律AU=W+Q

可知，气体从外界吸收热量，故C错误；

D、A到B的过程中，气体温度不变，则分子运动的激烈程度不变；气体的体积增大，分子

密度减小，所以气体分子单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数减少，故D正确；

故选：D。

10.密闭导热容器里装有一定质量的理想气体，某一变化过程a—b—c-a的P-T图(p、T

单位均为国际单位)如图所示，ab延长线通过坐标原点O,ac、be与坐标轴平行。则由图可知

()

A.a-b过程气体从外界吸热，吸收的热量大于气体增加的内能

B.b~c过程气体对外做功，做功的数值小于气体吸收的热量

C.Cfa过程气体内能减少，放出的热量大于外界对气体做功的数值

D.a—b—Cfa过程气体对外做功，做功的数值小于气体吸收的热量

【分析】根据图像的物理意义结合一定质量的理想气体状态方程PV=CT分析出体积的变化,

结合热力学第一定律和选项的内容完成分析。

【解答】解：A、根据一定质量的理想气体状态方程pV=CT可知，a-b过程气体体积不变，

即气体不做功，而物体的内能增加，根据热力学第一定律AU=Q+W可知，吸收的热量等于气

体增加的内能，故A错误；

B、b-c过程气体的体积增大，气体对外做功，而因为温度不变，则内能不变，根据热力学

第一定律AU=Q+W可知，做功的数值等于气体吸收的热量，故B错误；

C、Cfa气体的体积减小，外界对气体做功，而因为温度降低，则内能减小，根据热力学第

一定律AU=Q+W可知，放出的热量大于外界对气体做功的数值，故C正确；

D、根据图像的物理意义可知，因为整个过程中气体的内能保持不变，则过程中气体做功的

数值等于气体吸收的热量，故D错误；

故选：Co

11.下列说法中错误的是()

A.根据热力学第二定律可知，热量有可能从低温物体传到高温物体

B.气体对容器壁的压强是由于大量气体分子对器壁的碰撞作用产生的

C.运送沙子的卡车停于水平地面，在缓慢卸沙过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，

不计分子间势能，则胎内气体从外界吸热

D.晶体的物理性质都是各向异性的

【分析】电冰箱工作时热量从低温传到高温；

根据气体压强微观实质进行分析；

根据一定质量的理想气体状态方程进行分析；

晶体的物理性质在某一方面表现为各向异性。

【解答】解：A、根据热力学第二定律可知，热量有可能从低温物体传到高温物体，例如电

冰箱，故A正确；

B、根据气体压强产生的原因可知，气体对容器壁的压强是由于大量气体分子对器壁的碰撞

作用产生的，故B正确；

C、运送沙子的卡车停于水平地面，在缓慢卸沙过程中，气体压强减小，如果是绝热过程，

根据一定质量的理想气体状态方程辿=C可知，温度降低。但胎内气体温度不变，不计分子间

T

势能，则胎内气体一定是从外界吸热，故C正确；

D、晶体的物理性质在某一方面表现为各向异性，不表示各个方面都是各向异性的，故D错

误。

本题选错误的，故选：D。

12.如图所示，一定质量的理想气体从状态a(Vι,p∣)开始，经过一个等容过程到状态b

(V∣,再经过一个等压过程到状态C(4V∣,EL),再经过一个绝热过程到压强为Pl的状

44

态d,最后经过一个等压过程回到状态a完成一个循环。下列说法正确的是()

4匕V

A.a-b过程，气体的温度降低，每个气体分子的动能都减小

B.b-c过程，气体的内能增加，内能的增加量等于气体从外界吸收的热量

C.c-d过程，气体的内能增加，内能的增加量等于外界对气体做的功

D.d-a过程，外界对气体做正功，气体向外界放出热量，放出的热量等于外界对气体做的

功

【分析】根据图像可得出体积的变化，从而判断出外界对气体做功还是气体对外界做功，再

根据温度的变化确定内能的变化，根据热力学第一定律判断吸热还是放热。

【解答】解：A、a-b过程，气体的温度降低，分子的平均动能都减小，并不是每个气体分

子的动能都减小，故A错误；

B、b-c过程，温度升高，气体的内能增加，即AU>O;体积增大，说明气体对外做功，

EPW<0»根据热力学第一定律AU=Q+W可知，内能的增加量小于气体从外界吸收的热量，故

B错误；

C、c-d过程，气体的内能增加，由于是绝热过程，没有热传递，根据热力学第一定律AU

=Q+W可知，内能的增加量等于外界对气体做的功，故C正确；

D、d-a过程，温度降低，内能变小，外界对气体做正功，气体向外界放出热量，根据热力

学第一定律AU=Q+W可知，放出的热量大于外界对气体做的功，故D错误；

故选：Co

13.下列说法正确的是（）

A.单晶体有确定的熔点，多晶体没有确定的熔点

B.第一类永动机不可能制成是因为它违背了热力学第二定律

C.布朗运动说明组成悬浮微粒的分子在永不停息地做无规则运动

D.一定质量的某种理想气体，如果压强不变，体积减小，那么它一定向外界放热

【分析】晶体有固定的熔点；第一类永动机违背了能量守恒定律；布朗运动是悬浮在液体中

的固体小颗粒的无规则运动；根据盖一吕萨克定律Y=C和热力学第一定律判断。

T

【解答】解：A、单晶体和多晶体都属于晶体，晶体有确定的熔点，故A错误；

B、第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律，故B错误；

C、布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，不是组成悬浮微粒的分子的无规

则运动，故C错误；

D、一定质量的某种理想气体，如果压强不变，体积减小，即W>0,根据盖一吕萨克定律V

T

=C,可知温度一定降低，则其内能一定减小，即AUVO,根据热力学第一定律AU=Q+W,可

得QVO,那么它一定向外界放热，故D正确。

故选：D。

14.有经验的养殖户经常通过池塘中的气泡判断池塘内的水质。设在水下气泡内空气（可视

为理想气体）的压强等于气泡表面外侧水的压强，当水的温度上下一致且保持不变时，气泡缓慢

上升的过程中，下列说法正确的是（）

A.气泡对外做功，气泡从外界吸热

B.外界对气泡做功，气泡向外放热

C.气泡对外做功，气泡向外放热

D.外界对气泡做功，气泡从外界吸热

【分析】气泡上升过程中，气泡内的气体压强减小，温度升高，根据玻意耳可以判断体积增

大，气体对外做功，结合热力学第一定律也可以判断气体吸热情况。

【解答】解：气泡上升过程中，气泡内的压强减小，且温度不变，根据PlVl=P2V2可知，

气泡的体积变大，则气体对外界做功，根据热力学第一定律AU=Q+W可知，由于温度不变，

则AU=0,其中WVO,所以Q>0,气泡从外界吸热，故A正确，BCD错误。

故选：A1,

15.如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小

瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气.挤压矿泉水瓶，小瓶缓慢下沉到底部：松开后，小瓶

缓慢上浮。下沉过程中，小瓶内气体（）

A.内能减少

B.气体对外界做功

C.内能的变化量的绝对值大于放出的热量

D.内能的变化量的绝对值等于放出的热量

【分析】根据体积的变化判断做功的情况，根据气体的内能有关的因素判断内能的变化，根

据热力学第一定律判断吸收的热量与内能变化量的大小关系。

【解答】解：A、由题，越靠近瓶口水的温度越高，则小瓶下沉远离瓶口的过程中温度降低，

则气体的温度降低，由于一定量的理想气体的内能仅仅与温度有关,可知小瓶内气体的内能减小,

故A正确；

B、设大气压强为po,瓶内气体的压强为p,瓶内气体下侧到水面的高度差为h,则瓶内气

体的压强：p=po+pgh,其中p为水的密度；小瓶下沉的过程中瓶内气体下侧到水面的高度差增

大，则瓶内气体的压强增大；由理想气体的状态方程：叱=C,可知小瓶下沉的过程中瓶内气

T

体的体积一定减小，则外界对小瓶内气体做功，故B错误；

CD、气体的内能减小，则AU为负，外界对小瓶内气体做功，则W为正，根据热力学第一

定律：ΔU=Q+W,可知气体增大的内能大于气体吸收的热量，故CD错误。

故选：Ao

16.下列说法正确的是（）

A.布朗运动说明固体颗粒的分子在做无规则热运动

B.一定质量的理想气体在等温膨胀过程中温度不变，所以既不吸热，也不放热

C.热量可以从低温物体传递到高温物体

D.中国空间站在运行时处于完全失重状态，所以空间站内部大气压强为零

【分析】正确理解布朗运动的概念和其物理意义；

根据热力学第一定律分析出一定质量的理想气体在膨胀过程中的吸放热情况；

根据热力学第二定律的内容完成分析；

理解气体压强的微观意义并完成解答。

【解答】解：A、布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒无规则运动，反映液体分子的无规则

运动，故A错误；

B、一定质量的理想气体在等温膨胀过程中温度不变，则气体内能不变，根据热力学第一定

律AU=Q+W可知，气体膨胀对外做功，所以要吸收热量，故B错误；

C、有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，仍遵循热力学第二定律，

故C正确；

D、气体的压强是由于气体分子频繁撞击器壁产生的，在运行的空间站里虽然完全失重，但

气压不为零，故D错误;

故选：Co

17.如图，用打气筒和气针给篮球充气，把气针安装在打气筒气嘴上，把气针慢慢插入篮球

气孔，然后压缩打气筒内空气，在一次缓慢充气过程中，设篮球的体积不变，气体温度不变，打

气筒内的气体全部压入篮球内，无漏气，气体可视为理想气体，对于此次充气前打气筒内和篮球

内的全部气体（）

A.此过程中气体的内能增大

B.此过程中气体从外界吸收热量

C.此过程中气体分子对篮球内壁的平均撞击力变大

D.此过程中气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增多

【分析】理解温度的变化对气体内能的影响;根据热力学第一定律分析出气体的吸放热情况;

温度是气体分子平均动能的标志；根据气体压强的微观意义完成分析。

【解答】解：A、打气筒内的气体全部压入篮球内，没有向外界漏气，气体质量不变，缓慢

压缩打气筒气体有足够的时间和外界发生热交换，因此温度不变，则气体内能不变，故A错误；

B、充气前气体在打气筒和篮球内，充气后气体全部在篮球内，篮球的体积不变，则气体的

体积减小，则此过程中外界对气体做功，即W>0,气体温度不变，则内能不变，即AU=O,根

据热力学第一定律AU=W+Q,则Q<0,即气体向外界放出热量，故B错误；

C、温度是分子平均动能的标志，温度不变，则分子的平均动能不变，此过程中气体分子对

篮球内壁的平均撞击力不变，故C错误；

D、压缩过程中气体温度不变，根据玻意耳定律PV=C,可知气体的压强增大，此过程中气

体的温度不变，即分子热运动的激烈程度不变，但压强增大，则气体分子单位时间内与器壁单位

面积碰撞的次数增加，故D正确。

故选：D。

18.如图所示，一定质量的理想气体从状态a经过等容、等温、等压三个过程，先后到达到

状态b、c,再回到状态a。下列说法正确的是（）

∂,

A.在过程ab中气体对外做功

B.在过程ab中气体的内能减少

C.在过程be中气体从外界吸热

D.在过程Ca中气体既不吸热又不放热

【分析】根据图像分析出气体的体积变化，从而分析出气体的做功情况；根据一定质量的理

想气体的状态方程分析出温度的变化，结合热力学第一定律完成分析。

【解答】解：A、在过程ab中气体体积不变，既不对外作用，外界也不对气体做功，故A

错误；

B、在过程ab中气体的体积不变，压强变大，根据一定质量的理想气体的状态方程EE=C